市政污泥制备铁/碳复合材料的研究与应用

实验研究了以市政污泥为碳源,将其与Fe SO4·7H2O相结合,通过"浸渍-低温炭化-高温活化"工艺制备出了新型铁/碳复合材料。将制备得到的最佳新型铁/碳复合材料进行XRD和SEM表征,同时应用于印刷线路板有机废水的预处理,发现该新型铁/碳复合材料对含重金属的高浓度有机废水具有良好的处理效果。     

生物强化方式对生物转盘处理养殖废水效果及生物多样性的影响

畜禽养殖废水污染物浓度高、生物毒性大,导致传统生物处理工艺难以满足达标排放要求.为探究高效的畜禽养殖废水处理工艺,采用生物转盘作为主体工艺,利用异养硝化-好氧反硝化菌（简称"HN-AD菌"）为生物强化菌剂,对比了强化污泥挂膜和菌剂挂膜两种不同生物强化方式下该工艺在启动时间、碳耗、能耗、真实废水处理效果及微生物多样性方面的差异,以确定最佳生物强化方式.结果表明:①模拟废水试验中,菌剂挂膜反应器启动时间（19 d）明显短于强化污泥挂膜（33 d）,参数优化后发现,在相同处理效果下,前者碳耗、能耗较后者分别低48.22%、33.33%.②真实废水处理试验中,菌剂挂膜反应器的COD_Cr、NH₄+-N、TN平均去除率较后者分别高7.11%、26.97%、29.14%.③在微生物多样性方面,菌剂挂膜体系中Comamonas（丛毛单胞菌属）相对丰度是强化污泥挂膜体系的10倍左右,推测Comamonas可能是在异养硝化好氧反硝化过程中发挥关键作用的菌属.④SEM观察发现菌剂挂膜生物转盘盘片上的生物膜更薄,但HN-AD优势菌富集程度更高.研究显示,菌剂挂膜反应器对模拟废水、真实废水的处理效果均优于强化污泥挂膜反应器,且效果更稳定.      

氧化硫硫杆菌固定化菌球制备及其耦合填料去除H2S

以海藻酸钠(SA)为包埋载体,对氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans)进行固定化制备菌球,优化菌球制备条件,在生物滤塔内验证其对H₂S的去除能力.以前期驯化获得的富含硫系恶臭降解微生物菌群的污泥为菌源进行生物滤塔填料筛选,耦合A.thiooxidans菌球和填料进行生物除臭.结果表明,优选的固定化条件为:SA浓度3.0%､吸附剂CNT､A.thiooxidans菌悬液与混合液比例20%､CaCl₂浓度4.0%､改性剂己二胺溶液,获得的菌球机械强度､传质性能､硫氧化能力最好.将A.thiooxidans菌球填装于生物滤塔,H₂S最大去除率和去除能力为70%和1.06g H₂S/m³·h.以混合挂膜方式进行填料挂膜后,在聚氨酯泡沫､活性碳布和陶粒中优选出最佳填料活性碳布,获得H₂S最大去除率和去除能力为88%和0.84g H₂S/m³·h.以混合填装方式将A.thiooxidans菌球与活性碳布填装于生物滤塔,获得H₂S最大去除率和去除能力为86%和1.00g H₂S/m³·h.     

新型生物滴滤填料性能评价

填料是微生物附着生长、水分保持的支撑体,填料的性能直接关系到污染物的最终去除效果.研究开发了3种新型生物滴滤填料:纹翼多面球、改性毛刺球和空心多面柱.测试表明3种填料中,空心多面柱和纹翼多面球的结构特性参数均优于普通的生物滴滤填料,特别是比表面积,达到了200 m2·m-3左右.纹翼多面球的阻力系数ζ在挂膜前后几乎没有变化,而毛刺球的阻力系数ζ增长明显.生物滴滤塔(BTF)实验表明,采用空心多面柱的BTF挂膜启动的时间明显快于其他两种填料;稳定运行阶段实验结果表明,当甲苯和乙醇进口浓度分别为687.37 mg·m-3和651.17 mg·m-3时,采用纹翼多面球的BTF去除效果较好,对于两者的去除率分别达到了76.78%和99.23%.生物量测试表明,3种填料湿生物量也均高于普通的聚丙烯鲍尔环.纹翼多面球填料易实现生物膜的更新与剥落,稳定运行后期单位填料层压降维持在51.6 Pa·m-1,而毛刺球平均压降显著升高(193.3 Pa·m-1),出现了严重堵塞现象.     

移动床生物膜反应器挂膜及污泥驯化试验

采用了人工接种的快速排泥法进行生物挂膜及污泥驯化试验研究,探讨了挂膜期间系统污染物的去除情况.试验结果表明,挂膜很成功且驯化效果良好.挂膜结束时,填料周围生长了一层厚厚的附着层污泥,底部悬浮相污泥絮体大且蓬松,出水澄清透明.驯化结束时,对移动床生物膜反应器中生物相进行观察和分析,比较了悬浮微生物和附着微生物对有机物的去除作用.     

含硫底物种类与浓度对污泥重金属生物沥滤的影响

以城市污水处理厂剩余污泥为材料,探究不同含硫底物及其浓度对污泥重金属生物沥滤的效果影响,通过添加单一底物(S0、Fe SO4、Na2S2O3、Fe S和Fe S2)、两种底物配合(S0+Fe SO4、S0+Na2S2O3、S0+Fe S、S0+Fe S2)进行沥滤实验。结果表明:除Fe S和Fe S2外,投加单一底物的沥滤体系中p H都呈下降趋势,沥滤持续5 d后p H值降至1.8左右,污泥中Zn、Pb、Ni、Cr和Cu等重金属去除率高,底物投加量为8~10 g/L(以S计);投加复合底物时,最佳投加方式为S0+Fe SO4,投加量为8 g/L,此时污泥体系酸化速度快,污泥中重金属Zn、Pb、Ni、Cr、Cu去除率分别达95.41%、89.48%、86.45%、84.51%和94.33%。     

污泥陶粒流离球填料的应用研究

填料是流离生化技术处理污水的关键材料。文中模拟试验污水处理过程,测试污泥流离球填料的挂膜情况和污染物去除能力。确定运行适应性参数DO水平为4～5mg/L,水力停留时间4h,反应温度22℃,反应pH值7～9时,实施处理配制污水试验的结果表明,净化后污水CODcr和NH3-N去除效果良好,污水净化后符合国家"污水综合排放标准"二级标准的要求,污泥陶粒流离球填料应用于污水处理可行。     

污泥与稻秆共热解对生物炭中碳氮固定的协同作用

为了研究共热解对生物炭中碳氮固定的协同效应,利用管式固定炉开展了不同热解温度(300~700℃)下的污泥与稻秆单独热解及其共热解(泥秆质量分别为1∶3、1∶1、3∶1)试验研究.结果发现,污泥和稻秆共热解并不是两种物料单独热解贡献的简单叠加.共热解对生物炭产率无协同效应,但对固定碳产率的协同性受共热解条件影响较大.在相同热解温度下,1∶3和3∶1泥秆比共热解生物炭中的碳和氮含量协同量化值均明显大于1∶1泥秆比下的协同量化值,碳和氮元素含量协同量化值分别在热解温度和泥秆比为(400℃、1∶3)与(400℃、3∶1)时达到最大值12.43%与40.65%.碳和氮固定率协同量化值随热解温度的升高而增加,最大分别为53.77%~56.13%和38.30%~39.12%,说明共热解可显著提高生物炭中碳和氮元素的固定水平.除3∶1泥秆比共热解生物炭中H/C原子比大于理论值,对降低生物炭的芳香度与饱和度具协同作用外,其他共热解条件下的H/C、(O+N)/C、O/C原子比均小于理论值,对提高生物炭的稳定性具明显的协同促进作用.污泥与稻秆在泥秆比1∶3、1∶1与3∶1下共热解,提高协同效应的方式分别为促进脱氧去氢反应、去氢反应与脱氧反应.该研究结果可为生物炭在碳氮封存减排中的应用提供新的工艺途径.     

曝气生物滤池两种填料挂膜的对比试验

粉煤灰加气颗粒和沸石颗粒作为曝气生物滤池填料在相同条件下进行挂膜试验,结果得出:粉煤灰加气颗粒的挂膜速度与沸石颗粒大体相同,最终其CODCr去除率(60%)比沸石填料(55%)略高;沸石填料的NH4+-N处理率高于粉煤灰加气颗粒,达70%左右。     

曝气生物滤池两种填料挂膜的对比试验

粉煤灰加气颗粒和沸石颗粒作为曝气生物滤池填料在相同条件下进行挂膜试验,结果得出:粉煤灰加气颗粒的挂膜速度与沸石颗粒大体相同,最终其CODCr去除率(60%)比沸石填料(55%)略高;沸石填料的NH4+-N处理率高于粉煤灰加气颗粒,达70%左右。     

曝气生物滤池两种填料挂膜的对比试验

粉煤灰加气颗粒和沸石颗粒作为曝气生物滤池填料在相同条件下进行挂膜试验,结果得出:粉煤灰加气颗粒的挂膜速度与沸石颗粒大体相同,最终其CODCr去除率(60%)比沸石填料(55%)略高;沸石填料的NH4+-N处理率高于粉煤灰加气颗粒,达70%左右。     

稻壳与污泥共热解对污泥炭特性及其重金属生态风险的影响

污泥热解过程中,辅料是影响热解产物性质的主要因素之一.本文研究了添加废弃生物质辅料——稻壳(0、25%、50%)对污泥炭性质、结构和重金属含量、生物有效性及生态风险的影响.实验结果表明,稻壳添加比例为50%时,污泥炭产率及其H/C和O/C比均为最小值,而其pH值和比表面积均达到最大值,污泥炭芳香化程度明显提高.同时,添加稻壳致污泥炭所含重金属存于生物有效态的含量显著降低.通过RAC风险评估,稻壳添加比例为25%时,较原污泥,污泥炭中Cu、Zn、Mn和Ni 4种元素风险水平均有不同程度的减小,而当添加比例为50%时,污泥炭中除Cu元素以外,其余各重金属风险等级均为低风险或无风险.表明污泥与稻壳共热解可有效降低污泥中重金属潜在生态风险水平,且当稻壳添加比例为50%时处理效果最优,本研究结果为污泥与稻壳资源化和无害化利用提供了理论依据.     

AOB与AnAOB在不同生物填料上挂膜效果的研究

针对厌氧氨氧化工艺运行过程中污泥流失严重与启动时间长等问题,本研究通过对多种市售生物填料的挂膜实验,筛选适合好氧氨氧化菌与厌氧氨氧化菌挂膜的生物填料.结果表明,当活性污泥中的好氧氨氧化菌菌属为Nitrosomonas时,AQ1聚氨酯立方体填料最适合其挂膜,挂膜成熟时好氧氨氧化速率可以达到（0.81±0.08）mg N/（L·h）,挂膜生物量为（0.87±0.14）mg VSS.而更适合厌氧氨氧化菌（Candidatus Kuenenia）挂膜的生物填料为K3环形填料,材质为聚乙烯或者聚丙烯.当厌氧氨氧化菌挂膜成熟时,其厌氧氨氧化速率可以达到（3.27±0.10）mg N/（L·h）,挂膜生物量为（2.74±0.40）mg VSS.厌氧氨氧化菌在K3型填料上的挂膜要优于好氧氨氧化菌,其原因是厌氧氨氧化菌分泌的胞外聚合物含量要高于好氧氨氧化菌,而胞外聚合物是形成生物膜的重要因素.     

不同调理剂对厌氧石化污泥脱水性能的影响研究

以厌氧消化后的石化污泥为研究对象,研究聚合硫酸亚铁(PFS)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚合氯化铝(PAC)、Fenton试剂对厌氧石化污泥脱水性能的影响,再对调理后的厌氧污泥通过板框压滤机压滤脱水,考察其脱水难易程度。研究结果表明:相比无机絮凝剂PFS、PAC和有机絮凝剂PAM,Fenton试剂(七水合硫酸亚铁加到15,20,25 g/L时,H_2O_2溶液投加量为5 m L/L)的调理效果较好,调理后污泥的毛细吸水时间分别降低至36.82,18.3,27.28 s,污泥比阻分别降低至4.22×1011,1.23×1011,2.45×1011cm/g;采用FPS、PAC、PAM、Fenton(H_2O_2溶液投加量为5 m L/L,Fe SO4·7H2O加到15,20,25 g/L时)调理后的污泥,经过板框脱水后的泥饼含水率分别为68.65%、64.19%、67.21%、57.46%、55.83%、59.36%。由此可见,最优的厌氧石化污泥脱水调理剂为Fenton试剂(Fe SO4·7H2O、H_2O_2投加量分别为20 g/L、5 m L/L),该研究对厌氧石化污泥的高干脱水和减量化具有参考价值。     

速分球生物滤柱处理低C/N比废水脱氮除磷研究

速分球生物滤柱是速分技术与曝气生物滤池技术的结合。具有污泥消化和无需反冲洗等优点。实验采用速分球生物滤柱实验装置,以低C/N比生活污水为处理对象,考查了单污泥前置反硝化A2/O系统的脱氮除磷特性。实验结果表明,在平均C/N比为1.6,内回流比R为100%的条件下,平均进水COD、氨氮、TP分别为440.7、274.0和13.6 mg/L,平均去除率分别为77.0%、19.2%和42.4%。系统对氨氮的去除率较低,对总磷的去除率要明显高于对氨氮的去除率。结论得出,系统脱氮除磷的效果不理想。     

化工污泥基轻质填料的制备研究

以化工污泥焚烧灰渣和粘土为原料,添加自制无机重金属稳定剂S01,经烘干、预热、焙烧等工艺过程,制备了粒径为10~20mm的水处理用填料。通过单因素实验考察了S01添加量、烧结温度、化工污泥焚烧灰渣添加量、烧结时间等工艺条件对填料性能(堆积密度、吸水率)的影响,确定了填料的最佳制备条件:S01无机重金属稳定剂添加量4%,化工污泥焚烧灰渣添加量40%,烧结温度1 150℃,烧结时间10 min。在此条件下,填料的堆积密度为844.1 kg/m3,吸水率为9.27%,重金属浸出浓度远远低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)中规定的浓度限值。采用扫描电镜观察了填料表面和内部孔隙特征,发现最佳制备条件下制得的填料表面粗糙多孔,内部具有发达的孔道结构。     

氧化亚铁硫杆菌生物浸出污泥中的重金属离子

为研究氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,At. f)对污泥中重金属的浸出机制,进行了空白、直接浸出(At. f)、加亚铁浸出(At. f +Fe2+)、加亚铁和硫酸浸出(At. f+Fe2++H2SO4)4组生物淋滤实验,分析淋滤前后污泥的成分和物相变化.结果表明加亚铁和硫酸浸出淋滤后Cu、Zn、Ni、Pb和Cr的去除率可分别达到90.8%、100%、87.5%、51.6%和83.3%,高于其他3种体系;定量计算和动力学拟合结果表明,5种金属在直接-间接(加亚铁)浸出中的质量含量和速率常数(k)均高于直接浸出.EDS和XRD证实污泥浸出前后样品组分主要是C(26.2%~37.5%)、O(32.5%~45.7%)和一些无机化合物(如铝盐和SiO2),生物淋滤后会造成营养元素(P和Ca)的部分流失.此外,ICP-MS分析表明其他金属(如Cd、Fe、Mn)也能同时被溶出.基于结果分析,提出FeSO4·7H2O和H2SO4的加入有助于生物淋滤系统的启动,其中Cu、Pb、Cr和Ni主要以间接浸出为主,而Zn是直接和间接浸出共同作用.     

化工污泥与粉煤灰制备水处理填料的研究

为了实现化工污泥资源化,通过化工污泥与粉煤灰混合焙烧来制备水处理填料,研究了不同条件下填料的性能。结果表明,填料性能最佳条件为原料质量比(黏土∶干化污泥∶粉煤灰∶稻壳)为30∶40∶30∶7.5,焙烧温度1 160℃、焙烧时间10 min,此时堆积密度为0.445 g/cm3,破碎率与磨损率之和为2.6%。同时,填料的固废利用率达到70%,表明化工污泥可与粉煤灰联合焙烧资源化。经测定,填料重金属浸出量远低于《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-2007)中规定的浓度限值,在模拟实际使用中体现出较好的生物相容性。     

悬浮填料投加对AnMBR性能及膜污染的影响

研究了悬浮填料投加对分置式厌氧膜生物反应器（AnMBR）的COD去除效果、污泥混合液特性及膜污染的影响。试验结果表明:在反应器有机负荷为2.09 kg/（m3·d）,污泥负荷为0.54 kg/（kg·d）,水力停留时间（HRT）为48 h,温度为（35±2）℃的条件下,与未投加悬浮填料阶段比较,投加填料后AnMBR的COD总去除率由96.6%提高至97.9%,甲烷产率提高16.0%。同时投加悬浮填料后AnMBR混合液污泥平均粒径增大,滤饼层阻力、总阻力、滤饼层阻力在总阻力中的占比较未投加悬浮填料时分别降低7.8、6.5和1.3百分点,溶解性胞外聚合物（SEPS）和结合性胞外聚合物（BEPS）浓度分别降低了20.5%和29.4%,跨膜压差（TMP）线性增长速率降低,膜污染速率明显减缓。因此,投加悬浮填料可在不增加能耗的情况下改善污泥混合液特性,起到强化AnMBR处理效果和控制膜污染的作用。     

外循环三相流化床载体挂膜特性研究

对外循环三相流化床的挂膜进行研究,主要探讨污泥投加量和碳氮比(C/N)对挂膜的影响.结果表明,温度t为20～30℃.活性炭载体粒径r为0.125～0.5 mm时,2 g·L-1污泥投加量为比5 g·L-1更有利于挂膜;C/N在8～12之间时流化床挂膜最快,C/N≥14时流化床挂膜困难,易出现污泥膨胀.在挂膜成功的基础上,研究水力停留时间(HRT)对反应器内悬浮生物量和膜生物量的影响,HRT越长悬浮生物量越大,膜生物量在HRT由1～3 h时,随HRT的增长而增加,HRT超过5h时,膜生物量随HRT增长相应减少,HRT在4～5 h时,两者达到平衡.